唐山、汶川地震地壳形变特征综合研究

通过对比分析1976年唐山7.8级和2008年汶川8.0级地震前后的区域水平和垂直形变场及跨断层形变的时空特征,归纳总结了与大地震孕育物理过程相关联的地壳形变共性特征.主要认识如下:(1)在中国大陆复杂的构造孕震环境下区域地壳形变场充分表现出非稳定态的起伏消长和复杂变化,在强震前孕震区地壳形变经历先增强后弱化的动态特征,剧烈形变局部化可能出现在震源区边缘附近;(2)震源区在震前数年主要表现为弱变形状态,可能是孕震晚期发震断层强闭锁、断层近场应力应变积累趋于极限的表现;(3)两次大地震前发震断层区域形变均显著偏离长期构造应变积累的变形方式,反映在大陆内部小尺度多块体的复杂构造孕震环境下局部应力应变场更容易出现扰动,且小块体边界临近发震的断层响应更为显著;(4)震源区边缘或外围可能出现显著的断层形变异常,而震源区内部由于发震断层处于强闭锁状态而不易观测到断层形变异常.     

用大地测量资料反演的1976年唐山地震的位错模式

运用反演理论探讨了由“零频”资料反演大地震震源模式的基本原理和方法,并用大地测量资料反演了1976年唐山7.8级地震的位错模式。得到的结果表明唐山地震的发震构造是一个总体走向为北东49°的右旋-正断层,断层面倾向南东,倾角76°。这个地震的断层长84公里,宽34公里,走向滑动错距459厘米,倾向滑动错距50厘米,地震矩4.3×10²⁷达因-厘米,应力降29巴,应变降4.3×10^-5,释放的能量3.7×10²³尔格。由形变资料反演的平均错距和地震矩远大于由地震波资料定出的平均错距（270厘米）和地震矩(1.8×10²⁷达因-厘米),它表明在地震区的地壳内震前可能已经发生了无震滑动--断层蠕动。无震滑动的规模比主震还要大一些,它的矩估计约为2.5×10²⁷达因-厘米。唐山地震前虽然没有前震,但是却有规模这么大的“震前蠕动”,这可能是唐山地震与其他许多有前震的地震（如海城地震）的根本区别,它的许多与别的地震不同的前兆可能与此有关。     

1976年唐山MS7.8地震同震及现今形变特征

基于1976年唐山M_S7.8地震的同震位移和现今GPS速度结果, 本文分析了该地震的同震破裂参数、 同震应变释放分布及其现今应变积累特征． 对唐山同震位移二维位错解析公式的拟合结果显示, 唐山地震前的断层闭锁深度约为18—23 km, 断层倾角可能介于74°—90°之间, 同震位错量约为3.1—3.4 m． 在同震过程中沿发震断层表现出显著的右旋错动特征, 在发震断层两侧沿NE向表现出左旋应变释放特征． 在本文现有的GPS测站密度和精度情况下, 尚无法识别出现今阶段沿唐山断裂的明显蠕滑特征． 唐山同震应变释放和现今GPS应变率积累结果均显示, 唐山断裂SE侧的剪切形变(速率)量值大于其NW侧, 同震与现今阶段的形变量值相差约1000倍．      

唐山地震孕震过程的数值模拟

本文用二维马克斯威尔粘弹性模型,模拟了唐山地震的孕震过程,探讨了唐山地震的力学背景与某些前兆异常的机理。研究结果表明:唐山地震震源体的形成可能是在定常边界力作用下,由于地壳介质的非均匀性,使弹性应变能在局部地区长期积累的结果。唐山断块区内可能存在坚固体所具有的高强度是造成应力差与应变梯度增大的决定因素,唐山地震前的许多异常现象与应变能积累到后期、地壳内发生岩石膨胀与断层蠕滑(相当于坚固体的软化)密切有关。     

汶川地震前十年间龙门山区域顾及断层闭锁的地壳应变场

本文利用1997—2008年5月的汶川M_w7.9地震前川滇地区GPS水平速度场数据,采用负位错理论反演了汶川M_w7.9地震前龙门山断裂带的闭锁程度.在顾及断层闭锁影响下,获得了龙门山断裂带区域震前十年间地壳应变率场.结果表明在汶川地震前龙门山断裂带高度闭锁,在地表以下0~25 km范围内其平均闭锁程度为0.972±0.222,滑动亏损速率约为3 mm·a~(-1).震前龙门山断裂滑脱层的高度闭锁为汶川地震深部同震破裂提供了能量基础;在顾及断层闭锁影响下,龙门山断裂带附近应变积累缓慢,断层附近区域最大主应变率约为3.4~9.6 nanostrain·a~(-1),最小主应变率约为-2.5~-7.1 nanostrain·a~(-1);断层西北侧有明显的应变积累.     

龙门山断层地震周期及其动力学过程模拟研究

在断层面上引入速率-状态相依摩擦本构关系、考虑铲形逆冲断层几何结构特征、断层下盘和上盘中下地壳及上地幔为黏弹性介质、上盘上地壳为弹塑性介质,本文用二维有限元动力学模型模拟了龙门山断层上大震准周期复发行为、分析了断层上地震孕育位置、地震周期不同阶段的应力/应变场演化特征.不同于近垂直走滑断层上的地震周期行为,大陆铲形逆冲断层上的构造应力的积累和释放过程更复杂、有其独特性.我们得到如下认识：（1）铲形逆冲断层上的地震复发是准周期行为.（2）龙门山断层最大库仑应力位于断层17~20 km深处,应力长期积累和同震释放都在此深度最大,说明地震会在此处孕育、发动.（3）在断层破裂的深部和浅部,同震滑动大小和构造应力释放大小并非同步,而是差异悬殊.（4）地震仅部分释放区域积累的应变能,断层上盘上地壳顶部和底部的褶皱、破裂等永久变形形式也是释放应变能的重要形式.（5）应变能密度增量的演化图像分为：震间、同震、震后期,清晰反应了龙门山断层附近的地震动力学过程.（6）地震发生除释放能量外,同时也对近断层的中地壳和断层底部有很大的应变能加载;这些加载,在震后期可能通过震后滑移、余震或中下地壳乃至上地幔的驰豫形变用几十年时间释放.以上对大陆内铲形逆冲断层上变形特征的了解,有助于我们在其地震周期行为中评估地震危险性.     

基于GPS的精河M_S6.6地震前地壳变形动态特征研究

利用2013~2017年3期GPS观测资料,获得精河6.6级地震前震中附近区域水平运动速率、主应变率、面膨胀率及最大剪应变率,并结合区域构造背景分析该区域变形动态特征。结果表明:震前震中附近区域速度场速率逐渐增大,发震断裂两盘构造运动速率不均,震中附近区域GPS测点的速率和运动方向存在差异,反应了地壳应变能量积累。震中区域主压应变率变化反映出应力调整过程,沿断层走向的张压转换的形变高梯度带、最大剪应变梯度带可为地震预测提供参考。     

唐山地震区的地壳形变及强震重复时间预测

无论是地震前、还是地震后，在国内所有大震区中，唐山地震区的垂直形变资料都是最丰富的。作者在研究这些资料以后发现，唐山地震区的地壳形形变，在１９６７年以前经历了相当长的缓慢奖速的变化过程，１９６７－１９６９年全区出现了加速上升，紧接着转为快速下降和不稳定变化，根据宁河的流动水准测量资料推测，临震前地震断层发生了无震蠕动。大震发生时，全区出现了大幅度的同震形变。大震发生之后，地壳形变的速率随着余震的衰     

鲁甸M_S 6.5地震前昆明地震台定点形变观测异常分析

2014年8月3日鲁甸MS 6.5地震前,昆明地震台形变观测4个分量出现短临异常,排除降雨干扰,结合发震断裂性质及相关研究,分析定点形变异常与该地震前地壳活动的内在联系。分析认为,鲁甸6.5级地震前1—2个月,昆明地震台定点形变观测资料异常较为显著,洞体应变NS分量异常突出,是定点形变投入观测以来的显著异常;形变观测资料异常特征与鲁甸地震发震断裂性质吻合较好;NS分量和EW向分量较好记录了此次鲁甸地震NNW—SSE向包谷垴—小河左旋走滑断裂和NEE—SWW向破裂断层的震前活动过程。     

利用唐山地震台资料研究唐山断裂活动特征

本文研究了唐山地震台内的唐山断裂形变、断层活动协调比、断层土壤气CO₂的变化特征。结果显示,唐山地震台内的唐山断裂近35年来整体上在水平方向呈微弱的右旋张性活动,垂直方向呈正断活动,但不同时段的运动状态有所不同;综合分析认为,唐山地震台形变和流体前兆观测对附近及华北因区域地壳应力场调整引起的中小地震有一定的显示,说明该台具有一定的前兆异常显示能力;随着观测资料和经验的持续积累,在该区域发生更大地震前,有望捕捉到更显著的前兆异常。     

利用InSAR技术研究2016年青海门源MW5.9地震同震形变场及断层滑动分布

2016年1月21日, 青海省门源县冷龙岭断裂带附近发生了M_W5.9地震。 基于Sentinel-1A影像, 采用差分干涉雷达测量技术研究了此次地震产生的同震形变场, 结果表明, 门源地震的形变影响范围约20~30 km, 形变态势在升降轨道形变场均显示为隆升, 基本沿冷龙岭断裂呈近似同心圆展布, 推测可能是冷龙岭断裂与民乐—大马营断裂之间的一条逆断层, 沿雷达视线方向最大形变量级约为6 cm。 均匀滑动反演显示门源发震断层长7.3 km, 宽6.2 km, 走向298.6°, 倾角34.5°, 倾向宽度9.5 km, 沿走向滑动量为170 mm, 沿倾向滑动量为460 mm, 矩震级为M_W5.97; 分布式滑动反演显示门源地震以逆冲为主, 兼具少量右旋走滑分量, 滑动量主要集中在沿断层倾向方向, 距离地表5～15 km处, 最大滑动量约0.3 m, 位于断层倾向深度10 km处, 矩震级为M_W5.93。     

基于国家地震科学数据开展断层面参数研究的初探——以唐山地震为例

随着地震观测台网的加密,中国地震台网统一地震目录越来越完整。本文以地震资料丰富且研究程度较高的唐山地震为例,尝试利用中国地震台网统一地震目录直接确定断层面参数。将小震确定断层面参数的方法应用于唐山地震序列,对其断层面参数进行分段拟合,其中唐山断裂南段走向和倾角分别为213.4°和81.9°,唐山断裂北段走向和倾角分别为231.4°和89.1°,滦县段走向和倾角分别为125.1°和76.2°,卢龙断裂走向和倾角分别为46.1°和89.3°,宁河断裂走向和倾角分别为246.6°和81.8°。将所得结果与前人研究成果以及现今震源机制解参数研究的误差水平进行对比分析,证明了本研究具有较高的可靠性。本文研究结果表明,在地震活跃且地震定位精度较高的地区,中国地震台网统一地震目录可以广泛应用于断层面参数的确定。     

唐山地震前的断层滑动及有关的倾斜和水位变化

分析了1976年唐山地震前趋势性的倾斜和水位变化.用传播的断层滑动模式计算了它们的理论波形,得出,除唐山附近的蠕动断层段外,在宁河附近还有一蠕动断层段,断层滑动在地面1公里之下进行,它于1975年2、3月份在塘沽和宁河之间开始,以后沿大致唐山断裂的方向(N30E)逐渐向北东方向扩展,滑动区前沿的传播速率为4——5公里/月,同时位移由0逐步增长到1米左右.最后讨论了唐山地震的震源过程,认为唐山地震(地震滑动)是南北两个蠕动断层段逐步逼近,最终连接致使位移率迅速增长的结果.      

根据地面形变的观测研究1966年邢台地震的震源过程

本文以完整的形式给出拉梅常数不相等情形的半无限弹性介质中任意倾角的矩形滑动断层引起的地震位移场解析表示式。以一些数值结果说明介质的泊松比、断层面的倾角、上界和下界对地面的地震位移场的影响。在比较1966年邢台地震的地形变资料和计算得到的各种走向、倾向、倾角、断层面长度、宽度、震源深度和错距的单个的矩形滑动断层引起的地面位移之后指出,简单的滑动断层错动模式不能同时很好地解释观测到的邢台地震的水平和垂直形变。为了解释观测结果,提出了一个复合的断层模式。这个复合断层模式由六个简单的矩形滑动断层构成。运用网格尝试法,得到了基本上符合观测到的水平和垂直位移场的震源参数。     

1976年唐山地震发震断裂的活动性研究

震后野外考察及航空摄影发现的地裂缝带,说明唐山断裂与１９７６年唐山７．８级大地震的发震构造有密切关系。用卫星遥感信息和浅层地震勘探结果对唐山断裂的活动性做了新的研究。卫星图像解释结果表明：震前一年多时间内,ＮＥ向的唐山断裂被ＮＮＷ向断裂截切而ＮＷＷ向断裂受到牵引,因而显示出右旋走滑的活动形迹。浅层地震勘探结果则证明,唐山断裂是倾向ＮＷ,高倾角的右旋走滑正断层,它断错了全新统（Ｑ４）、晚更新统（Ｑ３）、中更新统（Ｑ２）和早更新统（Ｑ１）地层     

丁青地区地震重定位、震源机制及其发震构造初步分析

文中利用青海省地震台网的宽频带数字记录,通过CAP反演等方法获取了西藏丁青8次MS≥3.0地震的震源机制解(1次地震的震源机制解来自USGS)。结果显示,7次地震以正断破裂为主,兼具少量右旋走滑分量,断层优势走向为NNE,P轴的优势方位为SWW,T轴的优势方位为SEE。同时,利用双差相对定位法获得了217个地震的重定位结果。重定位后,余震沿NE-SW向展布,与震源机制解的走向基本吻合,但与区域内主要走滑型断裂近EW的走向不一致。2015—2018年发生的地震主要分布在5~15km深度范围,2018—2020年震源深度范围缩小至7~12km,2018年以后震源深度的分布范围明显收窄。丁青地震发生在羌塘块体中部,域内既受到SN向印度洋板块与亚欧板块的强烈碰撞挤压作用,也存在EW向伸展构造活动。综合分析重定位、震源机制结果及地质构造背景等资料,认为2016年MS5.5、2020年MS5.1地震的发震构造可能是同一条NE走向的正断型断裂,发震断层面可能为节面I,即走向、倾角和滑动角分别为12°、58°、-103°与9°、57°、-101°的节面。由于丁青地区地质资料匮乏,无法明确具体的发震断裂。     

MECHANISM OF THE 2016 HUTUBI,XINJIANG, MS6.2 MAINSHOCK AND RELOCATION OF ITS AFTERSHOCK SEQUENCES

A strong earthquake with magnitude M_S6.2 hit Hutubi, Xinjiang at 13:15:03 on December 8th, 2016(Beijing Time). In order to better understand its mechanism, we performed centroid moment tensor inversion using the broadband waveform data recorded at stations from the Xinjiang regional seismic network by employing gCAP method. The best double couple solution of the M_S6.2 mainshock on December 8th, 2016 estimated from local and near-regional waveforms is strike:271°, dip:64ånd rake:90° for nodal plane I, and strike:91°, dip:26ånd rake:90°for nodal plane Ⅱ; the centroid depth is about 21km and the moment magnitude(M_W)is 5.9. ISO, CLVD and DC, the full moment tensor, of the earthquake accounted for 0.049%, 0.156% and 99.795%, respectively. The share of non-double couple component is merely 0.205%. This indicates that the earthquake is of double-couple fault mode, a typical tectonic earthquake featuring a thrust-type earthquake of squeezing property.The double difference(HypoDD)technique provided good opportunities for a comparative study of spatio-temporal properties and evolution of the aftershock sequences, and the earthquake relocation was done using HypoDD method. 486 aftershocks are relocated accurately and 327 events are obtained, whose residual of the RMS is 0.19, and the standard deviations along the direction of longitude, latitude and depth are 0.57km, 0.6km and 1.07km respectively. The result reveals that the aftershocks sequence is mainly distributed along the southern marginal fault of the Junggar Basin, extending about 35km to the NWW direction as a whole; the focal depths are above 20km for most of earthquakes, while the main shock and the biggest aftershock are deeper than others. The depth profile shows a relatively steep dip angle of the seismogenic fault plane, and the aftershocks dipping northward. Based on the spatial and temporal distribution features of the aftershocks, it is considered that the seismogenic fault plane may be the nodal plane I and the dip angle is about 271°. The structure of the Hutubi earthquake area is extremely complicated. The existing geological structure research results show that the combination zone between the northern Tianshan and the Junggar Basin presents typical intracontinental active tectonic features. There are numerous thrust fold structures, which are characterized by anticlines and reverse faults parallel to the mountains formed during the multi-stage Cenozoic period. The structural deformation shows the deformation characteristics of longitudinal zoning, lateral segmentation and vertical stratification. The ground geological survey and the tectonic interpretation of the seismic data show that the recoil faults are developed near the source area of the Hutubi earthquake, and the recoil faults related to the anticline are all blind thrust faults. The deep reflection seismic profile shows that there are several listric reverse faults dipping southward near the study area, corresponding to the active hidden reverse faults; At the leading edge of the nappe, there are complex fault and fold structures, which, in this area, are the compressional triangular zone, tilted structure and northward bedding backthrust formation. Integrating with geological survey and seismic deep soundings, the seismogenic fault of the M_S6.2 earthquake is classified as a typical blind reverse fault with the opposite direction close to the southern marginal fault of the Junggar Basin, which is caused by the fact that the main fault is reversed by a strong push to the front during the process of thrust slip. Moreover, the Manas earthquake in 1906 also occurred near the southern marginal fault in Junggar, and the seismogenic mechanism was a blind fault. This suggests that there are some hidden thrust fault systems in the piedmont area of the northern Tianshan Mountains. These faults are controlled by active faults in the deep and contain multiple sets of active faults.     

汶川8.0级地震前GPS与跨断层资料反映的运动与变形演化特征

为了研究与总结2008年5月12日汶川8.0级地震前GPS与跨断层资料反映的龙门山断裂带及其周边地区的运动、构造变形、应变积累演化过程,以及汶川地震临震阶段可能的物理机制,本文综合1999~2007期GPS速度场、1999~2008年大尺度GPS基线时间序列、1985~2008年跨断层短水准等资料进行了相关分析与讨论。结果表明:(1)GPS速度剖面结果显示,宽达500km的川西高原在震前有明显的连续变形,而四川盆地一侧和跨龙门山断裂带基本没有变形趋势,表明震前川西高原在持续不断地为已经处于闭锁状态的龙门山断裂带提供能量积累。(2)GPS应变率结果显示,震前龙门山断裂带中北段的NW侧EW向挤压变形明显,变形幅度从远离断裂带较大到靠近断裂带逐渐减小,而断裂带变形微弱;龙门山断裂带西南段周边形成了显著的EW向挤压应变集中区,应变积累速率明显大于中北段。(3)断层闭锁程度反演结果显示,除了汶川地震的震源位置闭锁相对较弱,且西南段有大概20km宽度断层在12~22.5km深度为蠕滑状态以外,震前整条龙门山断裂基本处于强闭锁状态。(4)大尺度GPS基线结果显示,跨南北地震带区域的NE向基线从2005年开始普遍出现压缩转折,反映NE向地壳缩短的相对运动增强。(5)跨断层短水准场地结果显示,震前年均垂直变化速率和形变累积率很低,表明断层近场垂向活动很弱、闭锁较强。通过以上分析认为,在相对小尺度的地壳变形中,震前龙门山断裂带深浅部均处于强闭锁状态,断裂带水平与垂直变形都很微弱,这可能经历了一个缓慢的过程,而且越是临近地震的发生,微弱变形的范围可能越大;在相对大尺度的地壳变形中,震前龙门山断裂带西侧的巴颜喀拉块体东部地区经历了地壳缓慢且持续的缩短挤压变形,为龙门山断裂带应变积累持续提供了动力支持。     

基于Sentinel-1A数据的四川长宁MS6.0地震同震形变场分析及断层滑动分布反演

利用大地测量数据研究2019年6月17日四川长宁M_S6.0地震同震形变场特征和发震断层参数, 基于DInSAR技术处理升降轨Sentinel-1A数据获取干涉相位图, 并考虑大气折射效应和余震形变误差实现同震形变场改正。四叉树采样后的形变数据作为反演数据源, 采用弹性半空间分层模型反演发震断层几何面滑动分布。结果表明本次地震发震机制为兼具逆冲和左旋走滑, 矩震级为M_W5.9, 断层破裂尺度达28 km×20 km, 震源深度约9.4 km。升降轨视线向同震形变场在断层两侧呈现形变特征差异, 最大沉降量分别是8.34 cm(升轨)和4.23 cm(降轨), 最大抬升量分别是5.5 cm(升轨)和7.5 cm(降轨); 发震断层走向为302°, 倾角为43°, 平均滑动角为50°, 断层面最大滑动量达到0.28 m。